[发明专利]汽车发动机冷却风扇叶顶间隙区域的性能确定方法及装置

权利要求书

1.一种带导流环的汽车发动机冷却风扇叶顶间隙区域的性能测试装置，其特征在于：包括风室试验台和辅助风机（14），辅助风机（14）的进口通大气，辅助风机（14）的出口与风室试验台的进口端联通，在风室试验台出口端设置有被测装置，被测装置的出气口通向大气；

所述的风室试验台的内腔沿进口端到出口端方向依次设置有前整流板（15）、喷嘴（17）和后整流板（16）；

所述的辅助风机（14）与变频器（13）、计算系统（12）依次信号连接，计算系统（12）另外分别与静压差测量装置（18）和电机调速装置（11）信号连接，电机调速装置（11）与电机（2）信号连接；

所述的被测装置包括固定连接在一起的导流环（6）与密封盘（10），导流环（6）的外周安装有导流罩（4），密封盘（10）与电机（2）的电机回传轴传动连接。

2.根据权利要求1所述的带导流环的汽车发动机冷却风扇叶顶间隙区域的性能测试装置，其特征在于：所述的导流罩（4）和导流环（6）的内外径公差控制在±0.1mm。

3.一种带导流环的汽车发动机冷却风扇叶顶间隙区域的性能确定方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的被测装置，具体包括以下步骤：

在标准工作状态下，即环境压力为一个标准大气压、环境温度为20℃、相对湿度为50%、空气密度为1.2kg/m³，将被测装置控制在一个恒定的转速下，通过变频器（13）来控制调节辅助风机（14）的转速，调节不同流量下的被测装置进口与出口静压力，空气流经喷嘴（17）时，在喷嘴（17）前后产生了静压力差，通过静压差测量装置（18）得到静压力差数值；

将被测装置的工作静压力调节在50Pa～250Pa范围内进行加压试验，同时，被测装置叶顶间隙区域的导流环（6）的最大圆周速度设置为U=47.4m/s，以此推算流量泄漏量的一组无因次数据，从而得到被测装置叶顶间隙区域的气动性能曲线，即成。

4.根据权利要求3所述的性能确定方法，其特征在于，所述的叶顶间隙区域的结构为直通U形槽，包括

两个分隔翅片的结构，

或三个分隔翅片的结构，

或五个分隔翅片的结构。

5.根据权利要求3所述的性能确定方法，其特征在于，所述的工作静压力分别设置为50Pa、100Pa、150Pa、200Pa、250Pa，导流环静止状态下，获得不同叶顶间隙区域流动结构的性能曲线；

另外，工作静压力分别设置为50Pa、100Pa、150Pa、200Pa、250Pa，导流环回转速度为2500rpm状态下，获得不同叶顶间隙区域流动结构的性能曲线。

6.根据权利要求3所述的性能确定方法，其特征在于，所述的计算过程是：理想状态下的叶顶间隙区域的泄漏量用公式(1)或(2)进行计算，有多个膨胀空腔构成的叶顶间隙区域用带下标i＝1,2,3...的多组公式联立求解，此外，通过使用理想流动状态的叶顶间隙泄漏流动性能系数φ_a和入口、出口状态，也用公式(3)计算理想状态的叶顶间隙区域的泄漏量G_I，

Gi=αiFiPi-12κi-1κi-1-11RTi-1{(PiPi-1)2κi-1-(PiPi-1)κi-1+1κi-1},---(1)]]>

将代入上式中得：

GI=αiFi2κi-1κi-1-1{(PiPi-1)2κi-1-(PiPi-1)κi-1+1κi}Pi-1νi-1,---(2)]]>

GI=αFφaPUνU,---(3)]]>

φa=1-λ2n2/5,---(4)]]>

气流实际通过叶顶间隙区域的泄漏量G_E和理想状态下通过叶顶间隙区域的泄漏量G_I必然不同，则通过无量纲系数υ来表示实际通过叶顶间隙区域的泄漏量与理想状态下通过叶顶间隙区域的泄漏量之比，υ＝G_E/G_I，系数值υ的大小通过联立公式(5)和(6)求得，

υ=n1+(n-1)(1-A)2,---(5)]]>

A=ϵα/l(ϵα/l)+tanθ,---(6)]]>

因此，从实验获得的泄漏量用公式(7)来表达，即用系数值υ乘以式(3)得到；同理，用一个无量纲系数Φ，即叶顶间隙泄漏流动性能系数来理论估算泄漏量的大小，式(8)成立；若用从实验获得的泄漏量G_E来表达叶顶间隙泄漏流动性能系数Φ，则式(9)成立；即式(8)是能够表征叶顶间隙泄漏量大小的理论值，式(9)是能够表征叶顶间隙泄漏量大小的实验值，

GE=FυαPuνu,---(7)]]>

Φ=υαφ_a，                                    （8）

Φ=GE(FPuνu)-1,---(9)]]>

φ_a：近似理想的叶顶间隙泄漏量函数；

λ：压力比，即P_U是叶顶间隙区域的入口绝对压力，P_D是叶顶间隙区域的出口绝对压力；

n：分隔翅片数目；

θ：以分隔翅片的顶部为基点气流扩散的角度；

α：流量系数，α＝0.7；

F：导流罩与分隔翅片处缝隙的通流截面积；

v_U：叶顶间隙区域入口的气体比体积，即气体密度的倒数，

Φ：叶顶间隙区域无因次性能参数Φ。